塑料-金屬復合材料DLP光固化3D打印技術

導讀：塑料和金屬都是許多3D打印工藝和應用中的關鍵材料。當結合塑料-金屬制造復合材料時，由于最終產(chǎn)品的結構中集成了兩種材料的特性，因此它可以被應用到許多領域。然而，目前實現(xiàn)這種復合材料的制備成本很高且需要復雜的工藝。

2022年12月29日，南極熊獲悉，日本早稻田大學和南洋理工大學（NTU）的研究人員開發(fā)了一種制造這些結構的工藝，被稱為多材料DLP增材制造或MM-DLP3DP。該研究以題為“New Metal–Plastic Hybrid Additive Manufacturing for Precise Fabrication of Arbitrary Metal Patterns on External and Even Internal Surfaces of 3D Plastic Structures”的論文被發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。

相關論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.2c10617

研究人員進行了一個多步驟的過程。首先，他們準備了活性前驅(qū)體：即能夠被轉(zhuǎn)化為不同化學物質(zhì)的化學品。他們在50毫升去離子水中使用NH4Cl，向其中加入270毫克的PdCl2。完全準備好后，他們將其與其中一種光固化樹脂混合。鈀離子允許溶液中的金屬顆粒在化學鍍（ELP）中沉積：這基本上意味著金屬離子沉淀在一個預先存在的表面上，形成金屬圖案。簡而言之，這第一步包括為ELP工藝創(chuàng)造改性樹脂。

△用多材料DLP 3D打印技術制作的電鍍零件的例子。(圖片來源：早稻田大學)

接下來，MM-DLP3DP工藝被用來制作樹脂或活性前驅(qū)體一起的嵌套區(qū)域的微結構。最后，他們利用ELP對材料進行電鍍，并添加3D金屬圖案。為了證明這項技術的實用性，他們制造了一個具有雙面結構的3D電路，該電路由一個通孔連接，還制造了一系列可與被測產(chǎn)品集成的傳感器（一般的例子是制造了一個集成溫度檢測器的溫度計）。正如他們所展示的，與多噴嘴打印相比，MM-DLP4DP具有更高的分辨率，因此可以構建具有特殊功能的微結構表面。

新開發(fā)的多材料數(shù)字光處理 3D 打印機用于制造包含由標準樹脂或活性前體制成的相互嵌套區(qū)域的部件。對此類零件進行選擇性 3D ELP 加工，可提供具有復雜中空結構的各種金屬塑料復合零件，具有特定的拓撲關系，分辨率為 40 μm。使用這種技術，傳統(tǒng)方法無法制造的 3D 設備成為可能，并且可以在塑料部件內(nèi)部制作金屬圖案，作為電子產(chǎn)品進一步小型化的一種手段。所提出的方法還可以生成表現(xiàn)出改性金屬對基材的附著力的金屬涂層。

研究人員希望這種方法可以應用于電子領域，包括傳感器和機器人以及可穿戴設備，因為集成制造可以減少錯誤的風險。主要作者早稻田大學的Shinjiro Umezu和Kewei Song教授以及新加坡NTU的Hirotaka Sato教授這樣說。"機器人和物聯(lián)網(wǎng)設備正在以閃電般的速度發(fā)展。因此，制造它們的技術也必須隨之發(fā)展。"

在增材制造領域，復合材料是相當普遍的，是在制造產(chǎn)品之前改善材料特性的一種方式。常見的例子包括碳纖維和凱夫拉爾。然而，樹脂-金屬復合材料的開發(fā)是相當新穎的。今年7月，南佛羅里達大學（USF）電子工程系的研究人員開發(fā)了一種在織物上打印銅的方法，以制作可穿戴的織物。這些項目的潛力是顯而易見的，大規(guī)模實現(xiàn)只是一個時間問題。

△在織物上打印銅